芝麻产量相关性状的多位点全基因组关联分析及候选基因预测

【目的】通过对芝麻产量相关性状的全基因组关联分析,挖掘与产量性状关联的SNP位点及预测候选基因,为通过分子标记辅助选择育种等方式提高芝麻产量提供技术基础。【方法】以363份不同遗传背景和地理来源的芝麻种质资源构成的自然群体为研究对象,调查2年2点4环境下8个产量相关性状（单株产量、单株蒴数、蒴粒数、千粒重、株高、主茎果轴长、始蒴高度和表观收获指数）的表型值,借助覆盖全基因组的42 781个SNP标记,利用多位点SNP随机效应混合线性模型（multi-locus random-SNP-effect mixed linear model,mrMLM）对8个产量相关性状进行全基因组关联分析,检测与产量相关性状显著关联的SNP位点,并预测候选基因。【结果】在4个不同环境下,8个产量相关性状表现出广泛的表型变异,变异系数为6.51%—33.57%;相关性分析表明单株产量与单株蒴数、株高、主茎果轴长、表观收获指数呈极显著正相关;方差分析表明产量相关性状的基因型效应、环境效应、基因型与环境互作效应均达到了极显著水平。通过多位点全基因组关联分析共检测到210个与产量相关性状显著关联的SNP,在2018年南阳环境下检测到47个SNP,解释表型变异的1.63%—17.29%;在2019年南阳环境下检测到35个SNP,解释表型变异的1.94%—11.90%;在2018年平舆环境下检测到35个SNP,解释表型变异的2.15%—15.90%;在2019年平舆环境下检测到53个SNP,解释表型变异的1.25%—11.13%;在4个环境的综合BLUP条件下检测到75个SNP,解释表型变异的1.44%—13.58%。上述210个SNP涉及到175个位点,其中10个位点在3个及以上环境中被重复检测到。在这10个位点基因组区域内,共鉴定到214个候选基因,其中156个候选基因具有功能注释,主要涉及植物代谢、生物调控、生长发育等生物学过程。根据功能注释筛选出4个可能与芝麻产量相关的候选基因,其中SIN_1006338编码1-氨基环丙烷-1-羧酸合酶3（1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase 3-like）,参与乙烯的生物合成;SIN_1024330编码碱性螺旋-环-螺旋（basic helix-loop-helix）转录因子,负向调控植物细胞和器官的伸长;SIN_1014512编码吲哚-3-乙酸-酰胺合成酶GH3.6（indole-3-acetic acid-amido synthetase GH3.6）,参与调控茎和下胚轴细胞的伸长生长;SIN_1011473编码泛素受体蛋白DA1（protein DA1-like）,参与调节植物细胞增殖周期。【结论】通过多位点SNP随机效应混合线性模型的全基因组关联分析,检测到175个与产量相关性状显著关联的位点,筛选出4个可能与产量相关的重要候选基因。     

芝麻开花时间的主基因+多基因遗传分析

为探索芝麻光周期敏感性的遗传规律,进而合理利用外来芝麻种质资源,以豫芝11号和M368为亲本构建了包括P_1、P_2、F_1、B_1、B_2和F_2的6个世代群体,通过主基因+多基因混合遗传模型对芝麻开花时间进行了遗传分析。结果表明,芝麻开花时间遗传符合2对主基因加性-显性-上位性模型,2对主基因的加性效应大小相似且方向一致,来自豫芝11号的等位基因有利于缩短开花时间。第1对主基因具有部分负向显性作用,第2对主基因具有正向超显性作用。2对主基因间互作效应对开花时间具有一定影响,且在第2对主基因处于杂合状态时对开花时间影响较大。在B_1、B_2、F_2世代,2对主基因的遗传率分别为69.39%、88.25%、73.26%。     

爆裂玉米产量及膨爆特性遗传效应分析

以12个爆裂玉米自交系间杂交F1为材料,采用三倍体胚乳模型对子粒膨爆特性及穗粒重、百粒重的3类遗传效应研究结果表明,3项膨爆特性指标同时受到直接效应和母体效应2种遗传体系所控制,百粒重和穗粒重由3套遗传体系所决定。穗粒重、百粒重、爆花率和膨化体积以普通直接遗传率为最主要分量,膨化倍数的普通母体遗传率最高。各自交系的直接加性效应和母体加性效应的显著性不同,要注意不同自交系的恰当组配。     

芝麻抗裂蒴基因SiIND1的克隆与原核表达

LOC105167765基因属于KANADI(KAN)基因家族,与芝麻裂蒴性有关。从芝麻裂蒴品种豫芝11号和抗裂蒴品种郑芝InD01中分别克隆得到LOC105167765基因cDNA序列SiIND1,并进行序列生物信息学分析和原核表达分析。结果表明,豫芝11号SiIND1基因cDNA序列全长为1 320 bp,编码439个氨基酸,推测的蛋白质分子质量为50.0 ku,等电点7.53,编码SHAQKYF类MYB家族的转录因子,具有GARP保守结构域,属于KAN家族。郑芝InD01 SiIND1基因cDNA序列长度为1 246 bp,包括1个最大的开放阅读框900 bp,编码299个氨基酸,推测的蛋白质分子质量为32.9 ku,等电点8.37,GARP结构域发生缺失突变,翻译提前终止,可能导致基因功能丧失。将SiIND1连接到原核表达载体pET30a,并转化大肠杆菌BL21,通过IPTG诱导和SDS-PAGE电泳检测,表达的融合蛋白与预测蛋白大小相符合,进一步证实了抗裂蒴品种和裂蒴品种SiIND1基因的蛋白质表达存在差异,抗裂蒴材料SiIND1基因在翻译过程中发生提前终止。     

不同芝麻品种生长发育规律研究

以9个芝麻品种为研究对象,通过对芝麻品种进行田间性状调查和不同部位干物质积累测定,探讨不同品种生长特性与干物质积累规律。结果表明:1)芝麻植株的生长表现为苗期缓慢,现蕾期后加速,盛花中期达到高峰,随后逐渐变慢,终花期基本停止。2)根、茎、叶干物质积累表现为苗期缓慢,初花期以后加速,盛花后期达到高峰。3)芝麻籽粒形成一般始于盛花后期,终花期籽粒灌浆快速增加,至成熟期达到最大值。     

产地及籽粒外观品质对芝麻木酚素含量的影响

为了研究产地及籽粒外观对芝麻木酚素含量的影响,为芝麻品质遗传改良及高木酚素芝麻商品生产提供理论依据。从3 800余份芝麻种质资源中选取212份代表性资源,分别在4个不同生态区种植,测定各样品芝麻素和芝麻林素含量;探讨芝麻不同产地、千粒质量及种皮颜色与芝麻素和芝麻林素含量的关系。结果表明,芝麻素和芝麻林素各试点含量均值分别为3.52,3.61,3.11,2.43,1.94,1.93,1.78,1.62 mg/g;芝麻木酚素含量存在随纬度升高而增加的趋势;芝麻籽粒颜色L值与芝麻素含量极显著正相关(r=0.296 6,ɑ=0.01),与芝麻林素含量相关不显著;千粒质量与芝麻素含量极显著负相关(r=-0.260 3,ɑ=0.01),与芝麻林素含量极显著正相关(r=0.227 9,ɑ=0.01)。芝麻素和芝麻林素含量随产地纬度的升高而增加;随着种皮颜色变深,芝麻素含量逐渐降低;随着千粒质量增加,芝麻素含量逐渐降低,芝麻林素含量不断增加。     

基于高密度遗传图谱的芝麻籽粒品质相关性状QTL定位

芝麻是我国重要的优质油料作物,对芝麻籽粒品质性状进行数量性状位点(QTL)定位对定向培育高品质芝麻品种具有重要意义。以豫芝4号为母本、孟加拉小籽为父本,分别构建F₂、F_2:3、BC₁和BC₁F₂群体,结合特异位点扩增片段(SLAF)标记和简单重复序列(SSR)标记构建F₂和BC₁遗传图谱,以F_2:3、BC₁和BC₁F₂3个群体的表型数据为基础,进行脂肪、蛋白质、芝麻素、芝麻林素含量等4个品质性状的QTL作图分析。结果表明,在F_2:3群体中共检测到16个QTL,解释表型变异的5.08%～27.12%,其中仅有1个主效QTL qOC＿10-1在2个环境中被重复检测到,分别解释表型变异的9.62%和27.12%。在BC₁和BC₁F₂群体中共检测到35个QTL,其中3个...     

海兰褐蛋鸡ZP3基因结构及其在卵泡中表达规律分析

旨在探讨ZP3基因在海兰褐蛋鸡中的表达特性，为后期研究ZP3基因在蛋鸡卵泡发育中的作用提供理论支撑。本研究以产蛋期50周龄（50 W）海兰褐蛋鸡为试验对象，利用RACE技术克隆ZP3基因全长，并对编码区进行生物信息学分析。选择健康、体重相近的海兰褐蛋鸡6只，分别取心、肝、肺、肾、卵巢、胸肌、腿肌和不同等级卵泡构建表达谱。卵巢颗粒细胞经不同浓度（PBS、5 ng·mL^-1、10 ng·mL^-1、20 ng·mL^-1）促卵泡素（follicle-stimulating hormone，FSH）处理后，提取总RNA，采用实时荧光定量检测ZP3基因在各个样品的表达水平。结果表明，鸡ZP3基因全长1 415 bp，其中编码区1 341 bp，共编码446个氨基酸，位于10号染色体上，包含9个外显子；其亲缘关系与猪最远；跨膜结构预测表示，其含有一个跨膜结构域和一个信号肽区域；对其亲疏水性进行分析，预测该蛋白为弱的疏水性蛋白，蛋白质结构主要由无规则卷曲构成。组织表达谱显示，ZP3基因在鸡的卵巢中相对表达量最高。各等级卵泡ZP3表达分析显示，随着卵泡发育，ZP3基因在成熟卵泡（F1）颗粒细胞层表达量最高；在使用FSH处理等级颗粒细胞后，发现ZP3表达量显著上调（P<0.05），暗示ZP3基因在颗粒细胞中受到FSH激素调节。本试验对ZP3基因的结构进行了分析并预测该基因存在跨膜结构和信号肽区域。基因表达谱分析结果显示，ZP3基因在卵泡发育过程中表达量逐渐升高且主要在颗粒细胞中表达，可能受到FSH的调节作用，因此预测，ZP3基因可能与海兰褐蛋鸡繁殖功能相关。     

普×爆后代3个膨爆特性的遗传分析

采用三倍体胚乳种子性状遗传模型及其分析方法对5个普通玉米自交系与4个爆裂玉米自交系间20个杂交组合8个世代进行研究。结果表明:3个膨爆特性指标同时受直接、母体和细胞质效应3种遗传体系控制,且以加性效应为主,非加性效应也起着非常重要的作用;普通玉米自交系会显著降低普×爆后代的膨爆特性,爆裂玉米自交系的作用相反,不同自交系的各类遗传效应不完全一致。     

芝麻种子老化处理生理特性变化及种子活力适宜检测方法研究

以4种经过人工老化处理不同类型（单秆型白芝麻、分枝型白芝麻、单秆型黑麻和分枝型黑芝麻）芝麻种子为试验材料,采用标准发芽试验、电导率测定、MDA含量测定、POD活性测定和TTC还原量等方法进行种子活力测定,研究老化处理对芝麻种子生理生化的影响,并与模拟田间出苗率进行相关性分析,以确定不同类型芝麻种子活力检测的适宜方法。结果表明：芝麻种子老化过程中,发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、TTC还原量和POD活性逐渐下降,MDA含量逐渐增加,电导率变化趋势材料间不一致;不同种质的抗老化能力存在差异。单秆型白芝麻种子活力检测的适宜方法为发芽率和电导率测定;分枝型白芝麻种子活力检测的适宜方法是发芽率、电导率测定、MDA含量测定、POD活性测定和TTC还原量测定;单秆型黑芝麻种子活力检测的适宜方法是发芽率和POD活性测定;分枝型黑芝麻种子活力检测的适宜方法是发芽率和TTC还原量测定。芝麻在42～43℃、100％RH条件下,人工老化处理的最佳时间为72 h。